自升式鉆井平臺(tái)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

主要起草單位：中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七〇四研究所、大連船舶重工集團(tuán)有限公司。

主要起草人：王欣、史琪琪、劉祥建、張萍、陸巧云、于聰、劉健。 2100433B

2019年3月25日，《自升式鉆井平臺(tái)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)》發(fā)布。

2019年10月1日，《自升式鉆井平臺(tái)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)》實(shí)施。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的位置大致位于結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)或接合點(diǎn)，接續(xù)的方式常見的有以下幾種：

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)滾接

滾動(dòng)接觸理論是研究相互接觸的物體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互作用以及由此引起的彈塑性變形、磨損失效等問(wèn)題的重要學(xué)科分支，滾動(dòng)接觸理論正是在輪軌和滾動(dòng)軸承接觸問(wèn)題的迫切需求下逐步完善并成固體力學(xué)的重要組成部分。

滾動(dòng)接觸問(wèn)題的系統(tǒng)研究始于輪軌接觸問(wèn)題的研究，當(dāng)前常用的滾動(dòng)接觸問(wèn)題解決方法多來(lái)自輪軌接觸研究領(lǐng)域。輪軌接觸、滾動(dòng)軸承、齒輪、摩擦式無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仍然是接觸力學(xué)和滾動(dòng)接觸理論的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

由于滾動(dòng)接觸問(wèn)題的系統(tǒng)研究始于輪軌接觸問(wèn)題的研究，當(dāng)前常用的滾動(dòng)接觸問(wèn)題解決方法多來(lái)自輪軌接觸研究領(lǐng)域，因此，下面主要介紹輪軌滾動(dòng)接觸理論。輪軌滾動(dòng)接觸理論（theory of wheel-rail rolling contact）研究輪軌滾動(dòng)接觸行為的理論。輪軌滾動(dòng)接觸理論是研究列車運(yùn)行時(shí)，輪軌相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和接觸斑上作用力的關(guān)系。接觸斑上的作用力包括其大小、方向和分布。

接觸理論的創(chuàng)始人是Hertz Heinrich，1882年他在德國(guó)一家雜志上發(fā)表了具有開創(chuàng)性的論文“論彈性固體的接觸”。他對(duì)接觸問(wèn)題的研究起因于對(duì)玻璃間光學(xué)干涉的試驗(yàn)，兩個(gè)軸線成45°的圓柱形玻璃透鏡受壓后發(fā)生彈性變形，從彈性變形對(duì)干涉條紋圖像存在的影響提出了接觸壓力呈橢圓形分布的假設(shè)。這一結(jié)論一直在鐵路輪軌、齒輪、軸承等工業(yè)的發(fā)展中起著重要的作用。實(shí)際上Hertz理論作了如下簡(jiǎn)化：接觸物體被看作彈性無(wú)限半空間，接觸載荷僅僅作用在平面上一個(gè)小的橢圓區(qū)域上，接觸體內(nèi)在接觸區(qū)附近應(yīng)力分布是高度集中的，并和物體接觸區(qū)附近的幾何尺寸有關(guān)。這就要求接觸區(qū)幾何尺寸遠(yuǎn)小于物體的幾何特征尺寸和接觸區(qū)附近的曲率半徑。Hertz在研究中，又假設(shè)接觸表面是光滑的，無(wú)摩擦效應(yīng)，接觸物體表面僅傳遞法向力。Hertz接觸理論為后來(lái)的接觸理論及滾動(dòng)接觸理論的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。

這屬于靜態(tài)接觸問(wèn)題，但是鐵路車輪在軌道上運(yùn)動(dòng)屬于滾動(dòng)接觸問(wèn)題，其研究比靜態(tài)接觸研究復(fù)雜。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)鉸接

鉸接，指用鉸鏈連接。常用在機(jī)器、車輛、門窗、器物的兩個(gè)部分的裝置或零件的連接 ，如鉸接式無(wú)軌電車、鉸接式貨車、鉸接式客車。人們常見的門扇和門框是連接在一起的，所以它們是不可以分離的，但它們還是可以具有有條件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這主要是連接它們的鉸鏈?zhǔn)顾鼈兙哂虚T扇和門框的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的。后來(lái)人們就把具有門扇和門框的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的連接叫做鉸接。鉸接在力學(xué)分析中以及實(shí)際工程中得到廣泛的應(yīng)用。

塑性設(shè)計(jì)的框架要求塑性鉸部位有一定轉(zhuǎn)動(dòng)能力，以便后續(xù)的內(nèi)力重分布能夠出現(xiàn)。

1.剛性連接這種構(gòu)造假定梁柱連接有足夠的剛性，梁柱間無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，連接能承受彎矩。鉸支連接這種構(gòu)造假定結(jié)構(gòu)承受重力荷載時(shí)，主梁和柱之間只傳遞垂直剪力，不傳遞彎矩。這種連接可以不受約束的轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.在鋼結(jié)構(gòu)框架的傳統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中，為簡(jiǎn)化分析設(shè)計(jì)過(guò)程，梁柱連接被認(rèn)作理想的鉸接連接或完全的剛性連接，并且認(rèn)為：連接對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)約束達(dá)到理想剛接的90%以上，可視為剛接；在外力作用下，柱梁軸線夾角的改變量達(dá)到理想鉸接的80%以上的連接視為鉸接。采用理想鉸接的假定，將意味著梁與柱之間沒有彎矩的傳遞，就轉(zhuǎn)動(dòng)而論，用鉸連在一起的梁和柱將相互獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng).

能抵抗彎矩作用的柱腳稱為剛接柱腳，相反不能抵抗彎矩作用的柱腳稱為鉸接柱腳，剛接與鉸接的區(qū)別在于是否能傳遞彎矩，從實(shí)際上看，如果錨栓在翼緣的外側(cè)，就是剛接，而且一般不少于四個(gè)，如果在翼緣內(nèi)側(cè)，就是鉸接，一般為兩個(gè)或四個(gè)。

這兩種柱腳很明顯的區(qū)別就是對(duì)側(cè)移控制，如果結(jié)構(gòu)對(duì)側(cè)移控制較嚴(yán)，則采用剛接柱腳，例如有吊車荷載的情況，吊車荷載是動(dòng)力荷載，對(duì)側(cè)移比較敏感，而且側(cè)移過(guò)大會(huì)造成吊車卡軌現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)把柱腳設(shè)計(jì)成剛接柱腳。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)剛接

剛接是指構(gòu)件與構(gòu)件之間既能傳遞垂直和水平作用，又能傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的連接方式。剛接時(shí)構(gòu)件與構(gòu)件之間的作用力可分解為垂直力、水平力和彎矩。

外圍約束構(gòu)件處于被動(dòng)受力狀態(tài)，僅與內(nèi)核構(gòu)件發(fā)生側(cè)向接觸之后才發(fā)揮作用。剛接邊界條件下內(nèi)核構(gòu)件端彎矩的存在，使得內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的接觸狀態(tài)發(fā)生改變，這是外圍約束構(gòu)件受力狀態(tài)發(fā)生改變的根本原因。內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的端部接觸點(diǎn)可視作外圍約束構(gòu)件發(fā)生側(cè)向彎曲的支承點(diǎn)，剛接邊界條件下端部負(fù)彎矩使得內(nèi)核構(gòu)件與外圍約束構(gòu)件的端部接觸點(diǎn)離端部更遠(yuǎn)，故外圍約束構(gòu)件支承點(diǎn)間距離相對(duì)較短，側(cè)向變形更小，因此具有更好的受力性能。

精細(xì)有限元分析結(jié)果表明，3 個(gè)模型在加載過(guò)程中均保持穩(wěn)定承載力，而具有相同幾何尺寸的兩端鉸接模型則發(fā)生外伸屈服段破壞或因端部附加偏心距過(guò)大而出現(xiàn)整體破壞，說(shuō)明剛接邊界條件能有效防止外伸屈服段出現(xiàn)過(guò)大的側(cè)向變形，對(duì)防屈曲支撐整體受力性能更為有利。

2019年3月25日，《自升式鉆井平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》發(fā)布。

2019年10月1日，《自升式鉆井平臺(tái)樁腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》實(shí)施。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（Architectural structure），是建筑學(xué)對(duì)各種結(jié)構(gòu)形式的稱謂，一般而言還包含這些結(jié)構(gòu)形式涵蓋或衍生的行為。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在建筑領(lǐng)域的功能，是不同于土木工程或機(jī)械工程等領(lǐng)域上的，因?yàn)榻ㄖ衅渌囆g(shù)意義，所以需由建筑美學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)系輔助達(dá)成美學(xué)目的的元素，同時(shí)兼具力學(xué)功用；但亦有許多出色的建筑案例，是由于力學(xué)原理的合諧性，進(jìn)而導(dǎo)引出建筑設(shè)計(jì)的概念；所以結(jié)合美學(xué)與力學(xué)，為建筑與結(jié)構(gòu)之共同目標(biāo)。 建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是建筑設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和前提，是建筑產(chǎn)品得以存在的先決條件。但是其表現(xiàn)形式往往淡出人們的視線之外。因?yàn)槠涔δ軉我?，思維簡(jiǎn)單是人們的普遍看法，但要具體實(shí)施需要很深厚的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。

建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要研究的范圍有：

1. 結(jié)構(gòu)元素：包括結(jié)構(gòu)的支承、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)三種元素，他們的材料、構(gòu)成方式和互相作用關(guān)系。

2. 力的傳遞：研究外內(nèi)力在構(gòu)件中的傳遞、抵抗、變位、變形等行為，藉以表達(dá)建筑的律動(dòng)感、調(diào)和或刻意呈現(xiàn)力學(xué)矛盾。

3. 特殊構(gòu)造：包含在前二項(xiàng)范圍內(nèi)的一些特殊構(gòu)造，有時(shí)也會(huì)特別提出探討，如早期的拱結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等，或是近代廣泛討論的薄殼結(jié)構(gòu)、薄膜結(jié)構(gòu)等。

4. 避免災(zāi)難：由于近代建筑有巨大化的趨勢(shì)，部分結(jié)構(gòu)系統(tǒng)學(xué)者，開始針對(duì)自然橫力如：地震力、風(fēng)力等進(jìn)行研究，主要著眼于增加建筑物之韌性，及消減建筑物與橫力的共振這幾方面。

結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)材料力學(xué)

材料力學(xué)(mechanics of materials)是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變 、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和導(dǎo)致各種材料破壞的極限。一般是機(jī)械工程和土木工程以及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生必須修讀的課程，學(xué)習(xí)材料力學(xué)一般要求學(xué)生先修高等數(shù)學(xué)和理論力學(xué)。材料力學(xué)與理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)并稱三大力學(xué)。材料力學(xué)的研究對(duì)象主要是棒狀材料，如桿、梁、軸等。對(duì)于桁架結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在結(jié)構(gòu)力學(xué)中討論，板殼結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在彈性力學(xué)中討論。

固體力學(xué)的一個(gè)分支，研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)械零件承載能力的基礎(chǔ)學(xué)科。其基本任務(wù)是：將工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械中的簡(jiǎn)單構(gòu)件簡(jiǎn)化為一維桿件，計(jì)算桿中的應(yīng)力、變形并研究桿的穩(wěn)定性，以保證結(jié)構(gòu)能承受預(yù)定的載荷；選擇適當(dāng)?shù)牟牧?、截面形狀和尺寸，以便設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和機(jī)械零件。

在結(jié)構(gòu)承受載荷或機(jī)械傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，為保證各構(gòu)件或機(jī)械零件能正常工作，構(gòu)件和零件必須符合如下要求：①不發(fā)生斷裂，即具有足夠的強(qiáng)度；②構(gòu)件所產(chǎn)生的彈性變形應(yīng)不超出工程上允許的范圍，即具有足夠的剛度；③在原有形狀下的平衡應(yīng)是穩(wěn)定平衡，也就是構(gòu)件不會(huì)失去穩(wěn)定性。對(duì)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性這三方面的要求，有時(shí)統(tǒng)稱為“強(qiáng)度要求”，而材料力學(xué)在這三方面對(duì)構(gòu)件所進(jìn)行的計(jì)算和試驗(yàn)，統(tǒng)稱為強(qiáng)度計(jì)算和強(qiáng)度試驗(yàn)。

為了確保設(shè)計(jì)安全，通常要求多用材料和用高質(zhì)量材料；而為了使設(shè)計(jì)符合經(jīng)濟(jì)原則，又要求少用材料和用廉價(jià)材料。材料力學(xué)的目的之一就在于為合理地解決這一矛盾，為實(shí)現(xiàn)既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和計(jì)算方法。2100433B